JP2003321780A - Method for depositing film of superfine particles, piezoelectric actuator, and liquid discharge head - Google Patents

Method for depositing film of superfine particles, piezoelectric actuator, and liquid discharge head

Info

Publication number
JP2003321780A
JP2003321780A JP2002125517A JP2002125517A JP2003321780A JP 2003321780 A JP2003321780 A JP 2003321780A JP 2002125517 A JP2002125517 A JP 2002125517A JP 2002125517 A JP2002125517 A JP 2002125517A JP 2003321780 A JP2003321780 A JP 2003321780A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
piezoelectric
aerosol
substrate
dispersant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002125517A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromi Kikuchi
広実 菊池
Junichi Watanabe
渡辺  純一
Yoichiro Kaga
洋一郎 加賀
Toru Abe
徹 阿部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP2002125517A priority Critical patent/JP2003321780A/en
Publication of JP2003321780A publication Critical patent/JP2003321780A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a uniform piezoelectric film almost free from defects by preventing the agglomeration of superfine particle powder arranged in an aerosol forming chamber and depositing the film at a high speed. <P>SOLUTION: A mixed powder is prepared by pulverizing and mixing raw materials, then a calcined body is obtained by calcining the mixed powder, and a fine pulverized powder is produced by pulverizing the calcined body while adding a dispersant. Further, a thin film is formed by an aerosol gas deposition method using superfine particles of the fine pulverized powder. The film forming method comprises preparing the aerosol by mixing the superfine particles with a gas, and growing the film by allowing the superfine particles in the aerosol to collide on a substrate and is characterized in that the superfine particles are obtained by adding the dispersant to the powder of the superfine particles. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスや金
属の超微粒子を含むエアロゾルを基板に吹き付け、微粒
子を基板に衝突させることによって基板上に膜を成長さ
せるための超微粒子の成膜方法に関するものである。さ
らに、この成膜方法で作製する圧電式アクチュエータと
それを用いた液体吐出ヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming ultrafine particles for growing a film on a substrate by spraying an aerosol containing ultrafine particles of ceramics or metal onto the substrate and causing the particles to collide with the substrate. Is. Further, the present invention relates to a piezoelectric actuator manufactured by this film forming method and a liquid ejection head using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ガスデポジション法は、例えば、
日本特許第1660799号公報に記されている超微粒
子を用いた膜形成法であって、真空蒸着法と同様に金属
加熱源および真空容器を配置させ、金属蒸気から微粒子
を形成し、この微粒子からなる膜を形成する方法であ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, the gas deposition method is, for example,
A film forming method using ultrafine particles described in Japanese Patent No. 1660799, in which a metal heating source and a vacuum container are arranged in the same manner as in the vacuum deposition method to form fine particles from metal vapor. It is a method of forming a film.

【0003】一方、セラミックス材料の超微粒子を用い
た膜形成も提案されている。このような方法によるセラ
ミックス膜の成膜方法は例えば、Jpn.J.App
l.Phys.36(1997)1159.にエアロゾ
ル化したジルコン酸チタン酸鉛(PZT)粉をPt膜を
付けたSi基板上に衝突させて、PZT膜を形成した結
果が示されており、750℃の熱処理を行うことで強誘
電体特性や圧電特性が測定され圧電膜としての機能する
ことが示されている。
On the other hand, film formation using ultrafine particles of a ceramic material has also been proposed. A method for forming a ceramic film by such a method is described in, for example, Jpn. J. App
l. Phys. 36 (1997) 1159. The result shows that the PZT film was formed by colliding aerosolized lead zirconate titanate (PZT) powder with a Pt film-attached Si substrate, and performing a heat treatment at 750 ° C. The characteristics and piezoelectric characteristics have been measured and shown to function as a piezoelectric film.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特に一
次粒子径が数μm以下の小さい超微粒子はお互いにファ
ンデルワールス力、静電引力または水分の架橋効果によ
り凝集し、数十〜数百μmの凝集粉を形成している。凝
集粉は一次粒子に比べて質量が大きいため、ガスの供給
や振動を与えることで浮遊させることが困難であり、エ
アロゾル形成室内で超微粒子とガスとの攪拌が進行せ
ず、形成されたエアロゾル中の超微粒子の濃度が低くな
っていた。このため、エアロゾル形成室から搬送管およ
びノズルを経由して、基板へ衝突する単位時間あたりの
超微粒子の量が少なく、膜の成長速度が遅くなるといっ
た問題があった。
However, in particular, small ultrafine particles having a primary particle size of several μm or less are aggregated with each other due to the Van der Waals force, electrostatic attraction or the crosslinking effect of water to form particles of several tens to several hundreds μm. Agglomerated powder is formed. Since the agglomerated powder has a larger mass than the primary particles, it is difficult to suspend it by supplying or vibrating the gas, and the agitation of the ultrafine particles and the gas does not proceed in the aerosol forming chamber. The concentration of ultrafine particles inside was low. Therefore, there is a problem that the amount of ultrafine particles that collide with the substrate from the aerosol forming chamber via the transfer pipe and the nozzle per unit time is small, and the growth rate of the film becomes slow.

【0005】また、凝集粉はエアロゾル化した場合で
も、その多くはエアロゾル中で一次粒子へと解砕されず
に凝集粉のまま基板に衝突する。凝集粉は質量が大きい
ため、十分に加速されず、基板へ衝突するときの運動エ
ネルギーが小さく、基板や他の粒子との強固な密着性が
得られず、緻密な膜を形成せずに基板上に付着してしま
う。成膜した膜上に付着した凝集粉は容易に欠落するた
め、膜上に欠陥部分ができてしまい、均一な膜を作製す
ることが困難であった。
Even when the agglomerated powder is made into an aerosol, most of the agglomerated powder does not break into primary particles in the aerosol and collides with the substrate as the agglomerated powder as it is. Since the agglomerated powder has a large mass, it is not sufficiently accelerated, the kinetic energy when colliding with the substrate is small, the strong adhesion with the substrate or other particles cannot be obtained, and the substrate is not formed without forming a dense film. It sticks on top. Since the agglomerated powder attached on the formed film is easily lost, a defective portion is formed on the film, which makes it difficult to form a uniform film.

【0006】本発明の目的は、上記従来の微粒子の成膜
方法の課題を解決するもので、超微粒子による膜の成膜
速度の向上を図り、欠陥部分の少ない均一な膜を形成す
ることが可能な成膜方法を提供することである。さら
に、欠陥の少ない均一な圧電膜を有する圧電アクチュエ
ータとそれを用いた液体吐出ヘッドを提供することも目
的とする。
An object of the present invention is to solve the problems of the above-mentioned conventional method for forming fine particles, and to improve the film forming rate of the film by ultrafine particles and form a uniform film with few defective portions. It is to provide a possible film forming method. Another object is to provide a piezoelectric actuator having a uniform piezoelectric film with few defects and a liquid ejection head using the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、エアロゾル形成室内に配置する超微粒子粉
の凝集を防ぐことにより、超微粒子をエアロゾル化させ
るときに、超微粒子とガスの攪拌を促進し、超微粒子の
うち質量の小さい一次粒子もしくはエアロゾル中で一次
粒子となりやすい凝集粉がエアロゾル化して基板へ衝突
することで膜上に欠陥部分をつくることを抑制でき、均
一な膜の作製が可能になる。凝集を防ぐことで基板に到
達し付着する凝集粉の量を減らし、膜の成長速度の速い
成膜方法を提供することができる。この成膜方法により
欠陥部分の少ない均一な膜を生成できる。また、成膜後
の圧電膜に熱処理を施すことにより、圧電膜中に含有さ
せた分散剤成分の大部分を揮発させて、圧電膜の特性の
劣化を防止するものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention prevents the aggregation of the ultrafine particle powder placed in the aerosol forming chamber, so that when the ultrafine particles are aerosolized, the ultrafine particles and the gas are Agitating can be suppressed, and it is possible to suppress the formation of defective parts on the film by collapsing the primary particles having a small mass among the ultrafine particles or the agglomerated powder that tends to become primary particles in the aerosol and colliding with the substrate, and to form a uniform film. Can be manufactured. By preventing agglomeration, the amount of agglomerated powder reaching and adhering to the substrate can be reduced, and a film forming method with a high film growth rate can be provided. By this film forming method, a uniform film with few defective portions can be formed. Further, by subjecting the piezoelectric film after film formation to heat treatment, most of the dispersant component contained in the piezoelectric film is volatilized, and deterioration of the characteristics of the piezoelectric film is prevented.

【0008】[1] 本発明の超微粒子の成膜方法は、
超微粒子をガスと攪拌してエアロゾルを作製し、エアロ
ゾル中の超微粒子を基板上に衝突させることで基板上に
膜を成長させる成膜方法であって、前記超微粒子は超微
粒子の粉体に分散剤を添加したものであることを特徴と
する。
[1] The method for forming ultrafine particles of the present invention is as follows.
A method for forming an aerosol by stirring ultrafine particles with a gas, and growing the film on the substrate by colliding the ultrafine particles in the aerosol with the substrate, wherein the ultrafine particles are ultrafine particles. It is characterized in that a dispersant is added.

【0009】上記本発明の成膜方法は、より詳細には、
まず、原料を粉砕・混合して混合粉を作製し、次いで混
合粉を仮焼して仮焼体を得て、次いで仮焼体を粉砕する
とともに分散剤を添加して超微粒子の微粉砕粉を作製
し、エアロゾルガスデポジション法により前記超微粒子
を用いて薄膜を作製することを特徴とする。ここで、微
粉砕粉を構成する超微粒子の平均粒径は0.1μm以上
且つ1.0μm以下が好ましい。
More specifically, the film forming method of the present invention is as follows.
First, the raw materials are crushed and mixed to prepare a mixed powder, and then the mixed powder is calcined to obtain a calcined body, and then the calcined body is crushed and a dispersant is added to obtain finely pulverized powder of ultrafine particles. Is produced, and a thin film is produced by using the ultrafine particles by an aerosol gas deposition method. Here, the average particle diameter of the ultrafine particles constituting the finely pulverized powder is preferably 0.1 μm or more and 1.0 μm or less.

【0010】[2] 上記[1]の本発明において、前
記分散剤は、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸
ナトリウム、ケイ酸塩ナトリウム、炭酸ナトリウム、ポ
リカルボン酸系ナトリウム、アンモニウム塩、縮合ナフ
タレンスルホン酸塩類、多価値アルコールエステル系活
性剤、ポリアミド系活性剤、ジアミン系活性剤から選ば
れる少なくとも1種であることを特徴とする。分散剤の
添加量は、超微粒子の粉体について、0.1重量%以上
且つ0.6重量%以下の範囲内で添加することが好まし
く、より望ましくは0.2重量%以上且つ0.4重量%
以下の範囲内で添加する。超微粒子粉にて分散剤を均一
に添加するには、添加量を0.2重量%以上とすること
が望ましい。また、圧電膜の熱処理で分散剤の成分を十
分に揮発させて残留量を無視し得る程度に抑制する為に
は、添加量の上限を0.4重量%にすることが好まし
い。
[2] In the invention of the above [1], the dispersant is sodium pyrophosphate, sodium hexametaphosphate, sodium silicate, sodium carbonate, sodium polycarboxylic acid, ammonium salt, condensed naphthalenesulfonates. The multi-valued alcohol ester activator, the polyamide activator, and the diamine activator are at least one kind. The amount of the dispersant added is preferably 0.1% by weight or more and 0.6% by weight or less, more preferably 0.2% by weight or more and 0.4% by weight or less, with respect to the ultrafine particle powder. weight%
Add within the following range. In order to uniformly add the dispersant in the ultrafine powder, the addition amount is preferably 0.2% by weight or more. Further, in order to sufficiently volatilize the components of the dispersant by heat treatment of the piezoelectric film and suppress the residual amount to a negligible amount, the upper limit of the addition amount is preferably 0.4% by weight.

【0011】[3] 上記[1]または[2]のいずれ
かにおいて、前記基板上に膜を成長させた後、熱処理を
施すことが望ましい。ここで、前記膜(特に圧電膜)の
熱処理温度は、500℃以上且つ1200℃以下、好ま
しくは600℃以上且つ800℃以下とすることができ
る。超微粒子として圧電体となる材料を用いる場合、分
散剤の残留が多いと圧電歪特性の劣化を招く。そこで、
本発明の成膜方法にて成膜後熱処理を行い、分散剤を蒸
発もしくは揮発させることが望ましい。特に、前記熱処
理を減圧下(真空に引いたチャンバー内)で行なうこと
が、圧電歪特性に影響を与えない程度に分散剤成分の残
留量を抑える上で望ましい。
[3] In either of the above [1] or [2], it is desirable to perform heat treatment after growing a film on the substrate. Here, the heat treatment temperature of the film (particularly the piezoelectric film) can be 500 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, preferably 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. When a material that becomes a piezoelectric body is used as the ultrafine particles, a large amount of the dispersant remains causes deterioration of piezoelectric strain characteristics. Therefore,
It is desirable to heat-treat after film formation by the film formation method of the present invention to evaporate or volatilize the dispersant. In particular, it is desirable to carry out the heat treatment under reduced pressure (in a vacuumed chamber) in order to suppress the residual amount of the dispersant component to the extent that the piezoelectric strain characteristics are not affected.

【0012】上記[1]乃至[3]のいずれかの超微粒
子の成膜方法で、分散剤を添加した超微粒子粉をエアロ
ゾル形成室内に導入する前に、超微粒子粉を100℃以
上且つ200℃以下の温度で加熱乾燥しておくことが望
ましい。加熱乾燥を行なうと超微粒子の凝集を抑制する
効果が更に高められる。ただし、一度作製した超微粒子
の粉を高い加熱温度で長時間保持しておくと、超微粒子
を構成する成分の融解、蒸発による組成ずれが起こる可
能性があるため、加熱温度の上限を200℃にすること
が望ましい。
In the method for forming ultrafine particles according to any one of the above [1] to [3], before introducing the ultrafine particle powder to which the dispersant is added into the aerosol forming chamber, the ultrafine particle powder is heated to 100 ° C. or higher and 200 It is desirable to heat-dry at a temperature of ℃ or less. The effect of suppressing the agglomeration of ultrafine particles is further enhanced by performing heating and drying. However, if the ultrafine particles produced once are kept at a high heating temperature for a long period of time, compositional deviations may occur due to melting and evaporation of the components that make up the ultrafine particles. Is desirable.

【0013】[4] 本発明の圧電式アクチュエータ
は、圧電膜の両面に電極を備える圧電式アクチュエータ
で、前記圧電膜は不純物元素として、Na、Si、C、
S、Pから選択される少なくとも1種を含有し、前記不
純物元素の含有量が重量比で100×10−4重量%以
下であることを特徴とする。すなわち、圧電膜の単位重
量(100重量%)において、前記不純物の含有量を1
00×10−4重量%以下に抑える。1×10−4重量
%=1×10−4mass%=1ppm(重量比)の関
係にある。超微粒子の粉に分散剤を添加して凝集を防
ぎ、欠陥の少ない均一な膜を得た後、熱処理を行なって
圧電膜から分散剤を蒸発させて、圧電膜中に不純物とし
て残留する分散剤の成分を抑制する。このとき、前記不
純物元素の含有量を重量比で100×10−4重量%以
下にすることにより、圧電歪特性の低下を回避すること
ができる。
[4] A piezoelectric actuator of the present invention is a piezoelectric actuator having electrodes on both sides of a piezoelectric film, wherein the piezoelectric film contains Na, Si, C, as impurity elements.
At least one selected from S and P is contained, and the content of the impurity element is 100 × 10 −4 wt% or less in weight ratio. That is, when the unit weight (100% by weight) of the piezoelectric film, the content of the impurities is 1
It is suppressed to 00 × 10 −4 wt% or less. There is a relation of 1 × 10 −4 wt% = 1 × 10 −4 mass% = 1 ppm (weight ratio). After adding a dispersant to ultrafine particles to prevent agglomeration and obtaining a uniform film with few defects, heat treatment is performed to evaporate the dispersant from the piezoelectric film and leave it as an impurity in the piezoelectric film. Suppress the ingredients of. At this time, by setting the content of the impurity element to 100 × 10 −4 wt% or less in weight ratio, it is possible to avoid the deterioration of the piezoelectric strain characteristic.

【0014】[5] 本発明の液体吐出ヘッドは、上記
[4]に記載の圧電式アクチュエータを搭載することを
特徴とする。より詳細には、この液体吐出ヘッドは、所
定のピッチで配列された複数の吐出液室と、前記各吐出
液室に設けられてこれに吐出液を供給するための吐室液
供給口と、前記各吐出液室を区画する一側壁に設けられ
た噴射ノズル孔と、前記各吐出液室の他の一側面を区画
するように設けた振動板と、前記各振動板に設けられた
上記[4]に係る圧電式アクチュエータとを備えること
を特徴とする。
[5] A liquid discharge head of the present invention is equipped with the piezoelectric actuator according to the above [4]. More specifically, the liquid discharge head includes a plurality of discharge liquid chambers arranged at a predetermined pitch, a discharge chamber liquid supply port provided in each of the discharge liquid chambers for supplying discharge liquid thereto, An injection nozzle hole provided on one side wall for partitioning each of the discharge liquid chambers, a vibration plate provided so as to partition the other side surface of each of the discharge liquid chambers, and the above [[ [4] and a piezoelectric actuator.

【0015】この液体吐出ヘッドは、振動板の上に電極
膜を有し、更に電極膜の上に圧電膜を有する構造とする
ことができる。振動板の厚さは、1μm以上且つ20μ
m以下の範囲内にすることが好ましく、より望ましくは
5μm以上且つ10μm以下の範囲内の膜厚で構成す
る。圧電膜の振動エネルギーを効率良く振動板に伝える
には、圧電膜の厚さが振動板の厚さに同等であることが
望ましい。従って、圧電膜の厚さは1μm以上且つ20
μm以下の範囲内であることが好ましい。より好ましく
は圧電膜の厚さを5μ以上且つ10μm以下の範囲内の
膜厚にする。
This liquid discharge head may have a structure having an electrode film on the vibrating plate and further a piezoelectric film on the electrode film. The thickness of the diaphragm is 1μm or more and 20μ
The thickness is preferably in the range of m or less, and more preferably in the range of 5 μm or more and 10 μm or less. In order to efficiently transmit the vibration energy of the piezoelectric film to the diaphragm, it is desirable that the thickness of the piezoelectric film be equal to the thickness of the diaphragm. Therefore, the thickness of the piezoelectric film is 1 μm or more and 20
It is preferably in the range of μm or less. More preferably, the thickness of the piezoelectric film is set within the range of 5 μm or more and 10 μm or less.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる成膜方法
と、作製した圧電式アクチュエータとそれを用いたイン
クジェットプリンタ用吐出ヘッドの一実施例について説
明する。ただし、これら実施例により本発明が限定され
るものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the film forming method according to the present invention, the produced piezoelectric actuator and an ejection head for an inkjet printer using the same will be described below. However, the present invention is not limited to these examples.

【0017】(実施例1)図1は、本発明に係る超微粒
子による圧電膜の成膜方法を示す工程図である。まず、
酸化鉛(PbO)、炭酸ストロンチウム(SrC
)、酸化チタン(TiO)、酸化ジルコニウム
(ZrO)、酸化アンチモン(Sb)、酸化マ
ンガン(MnO)および酸化アルミニウム(Al
)を原料に用いた。化学式(Pb0.9Sr0.1
(Zr0.55Ti0.45)Oを主成分として、こ
の主成分に0.5重量%のSbと0.015重量
%のMnO と0.015重量%のAlとを含ん
で100重量%となるように各原料を秤量し、これを溶
媒にエチルアルコールを用いて、ボールミルで2時間か
けて粉砕しながら混合した(工程S1)。この混合粉を
温度800℃、大気雰囲気中で2時間かけて焼成して、
前記の成分を満たすジルコン酸チタン酸鉛(PZT)の
仮焼体を得た(工程S2)。この仮焼体を機械的に粉砕
して、平均粒径を0.5μmに調整したPZT粉を作製
した(工程S3)。この粉砕工程において、混合粉に分
散剤として、ヘキサメタリン酸ナトリウムを単位重量あ
たり、0.3重量%となるように添加して微粉砕し、超
微粒子の粉を得た。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows ultrafine particles according to the present invention.
FIG. 7 is a process chart showing a method of forming a piezoelectric film by a child. First,
Lead oxide (PbO), strontium carbonate (SrC)
OThree), Titanium oxide (TiOTwo), Zirconium oxide
(ZrOTwo), Antimony oxide (SbTwoOThree), Oxide
Ngan (MnOTwo) And aluminum oxide (AlTwoO
Three) Was used as a raw material. Chemical formula (Pb0.9Sr0.1)
(Zr0.55Ti0.45) OThreeWith
0.5% by weight of Sb as the main component ofTwoOThreeAnd 0.015 weight
% MnO TwoAnd 0.015 wt% AlTwoOThreeIncluding and
Each raw material is weighed so that it becomes 100% by weight and melted.
Use ethyl alcohol as a medium and use a ball mill for 2 hours.
And mixed while crushing (step S1). This mixed powder
The temperature is 800 ℃, and baked in the atmosphere for 2 hours,
Of lead zirconate titanate (PZT) satisfying the above components
A calcined body was obtained (step S2). Mechanically crush this calcined body
To produce PZT powder with the average particle size adjusted to 0.5 μm
(Step S3). In this crushing process,
As a powder, sodium hexametaphosphate is used per unit weight.
Or, add it to 0.3% by weight and pulverize it.
A fine powder was obtained.

【0018】次いで、焼成後に吸着した空気中の水分を
除去するために、PZT粉を温度150℃のオーブンで
1時間かけて加熱保持し、十分に乾燥させた(工程S
4)。次いで、このPZT粉をエアロゾル形成室に適量
を充填(貯蔵)して(工程S5)、表1に示す条件でエ
アロゾルデポジション法により、Pt/Ti/SiO 2
/Siの基板上に成膜を行なった(工程S6)。基板
は、Si基板上にSiO2膜、Ti膜、Pt膜を順に積
層したものを用いた。Ti膜/Pt膜は下部電極に相当
する積層膜である。Pt膜上に生成・積層したPZT膜
は凝集粉の付着が少なく、欠陥部分が少ないものを得る
ことができた。
Next, the moisture in the air adsorbed after firing is removed.
To remove, remove the PZT powder in an oven at a temperature of 150 ° C.
It was kept heated for 1 hour and dried sufficiently (step S
4). Then, add an appropriate amount of this PZT powder to the aerosol forming chamber.
Were filled (stored) (step S5), and
Pt / Ti / SiO by the aerosol deposition method 2
A film was formed on the / Si substrate (step S6). substrate
Is SiO on the Si substrate2Film, Ti film, Pt film
Layered was used. Ti film / Pt film is equivalent to the lower electrode
It is a laminated film. PZT film produced and laminated on Pt film
Has less agglomerated powder and less defects
I was able to.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】表1にて、Airとは空気と同様の成分を
有する清浄なガスを指す。流量の単位は(l/min)
≒約16.7×10−6(m3/s)に相当する。エア
ロゾルデポジション法を行なう成膜装置については、お
って図2の説明で述べることとする。
In Table 1, Air means a clean gas having the same components as air. The unit of flow rate is (l / min)
≅Approximately 16.7 × 10 −6 (m3 / s) A film forming apparatus for performing the aerosol deposition method will be described later in the description of FIG.

【0021】PZT膜すなわち圧電膜を成膜した後、上
部電極としてTi(チタン)膜及びPt(白金)膜を被
覆した。次いで、上部電極/圧電膜/下部電極の積層膜
をパターニングして圧電アクチュエータを形成した。パ
ターニングした圧電膜の寸法は、幅5mm、長さ10m
m、厚さ15μmである。なお、比較例として、分散剤
を添加しないPZT粉で成膜した場合、同じ成膜時間で
は10μm未満の厚さとなり、生成したPZT膜には実
施例1のPZT膜に比べて欠陥が多く見られた。
After forming a PZT film, that is, a piezoelectric film, a Ti (titanium) film and a Pt (platinum) film were coated as an upper electrode. Next, the laminated film of upper electrode / piezoelectric film / lower electrode was patterned to form a piezoelectric actuator. The dimension of the patterned piezoelectric film is 5mm in width and 10m in length.
m and the thickness is 15 μm. In addition, as a comparative example, when a film was formed using PZT powder without adding a dispersant, the thickness was less than 10 μm in the same film forming time, and the generated PZT film had more defects than the PZT film of Example 1. Was given.

【0022】次いで、実施例1のPZT膜(圧電膜)を
500℃で1時間、大気中で熱処理することで(工程S
7)、圧電膜から分散剤の成分を蒸発させた。熱処理
は、成膜直後の微小な粒径を増大させて、圧電膜組織の
粒径の大きさが0.1μm以上且つ5μm以下の範囲内
となるように行なった。
Then, the PZT film (piezoelectric film) of Example 1 was heat-treated in the atmosphere at 500 ° C. for 1 hour (step S
7), the dispersant component was evaporated from the piezoelectric film. The heat treatment was performed so that the fine grain size immediately after film formation was increased so that the grain size of the piezoelectric film structure was in the range of 0.1 μm or more and 5 μm or less.

【0023】図2は、本発明でエアロゾルデポジション
法を実行した、エアロゾルデポジション装置の断面構成
を示す概略図である。この装置は、酸素、空気またはこ
れらの混合ガスをキャリアガスとしてガスボンベ(図示
省略)からエアロゾル形成室52まで搬送するガス搬送
管51と、超微粒子粉体54(PZT粉)を入れた容器
を加振する加振装置53と、固体気体永久混濁状態であ
るエアロゾルを形成するエアロゾル形成室52と、形成
されたエアロゾルを捕獲してノズル76まで送るエアロ
ゾル搬送管55と、真空ポンプ(図示書略)で減圧状態
にされる膜形成室70とを備える。膜形成室70には、
真空ポンプに接続した排気弁71と、基板ホルダ73と
それを移動させるX−Yステージ72、エアロゾルを射
出するノズル76が配置されている。なお、エアロゾル
形成室の蓋57に排気弁を設けて、必要に応じて開閉す
ることによりエアロゾル形成室内の圧力調整を行なう構
成にしてもよい。長さ5mm、幅0.5mmの長方形の
開口を持つノズル76と基板74間の距離は、位置合わ
せ手段(図示を省略)によって調整した。
FIG. 2 is a schematic view showing a cross-sectional structure of an aerosol deposition apparatus which carries out the aerosol deposition method according to the present invention. This apparatus is equipped with a gas carrier pipe 51 for carrying oxygen, air or a mixed gas of these gases as a carrier gas from a gas cylinder (not shown) to an aerosol forming chamber 52, and a container containing an ultrafine particle powder 54 (PZT powder). A vibrating vibrating device 53, an aerosol forming chamber 52 that forms an aerosol in a solid gas permanent turbid state, an aerosol transfer pipe 55 that captures the formed aerosol and sends it to the nozzle 76, and a vacuum pump (not shown). And a film forming chamber 70 that is depressurized. In the film forming chamber 70,
An exhaust valve 71 connected to a vacuum pump, a substrate holder 73, an XY stage 72 for moving the substrate holder 73, and a nozzle 76 for ejecting aerosol are arranged. It should be noted that the lid 57 of the aerosol forming chamber may be provided with an exhaust valve and opened and closed as necessary to adjust the pressure in the aerosol forming chamber. The distance between the nozzle 76 having a rectangular opening with a length of 5 mm and a width of 0.5 mm and the substrate 74 was adjusted by a positioning means (not shown).

【0024】次に、圧電膜の形成方法を説明する。ま
ず、先端をPZT粉に埋没させたガス搬送管に、ガスボ
ンベからキャリアガスを導入させた。エアロゾル形成室
52でPZT粉の超微粒子をキャリアガスと混合させ、
同時に加振装置53でエアロゾル形成室52を振動させ
てエアロゾルを形成した。このエアロゾルは、エアロゾ
ル形成室内に一端を開口させたエアロゾル搬送管55を
通じ、キャリアガスでノズル76に搬送した。さらに膜
形成室70を真空排気した減圧状態にすることで、エア
ロゾル形成室52と膜形成室70間に差圧を生じさせ
て、エアロゾルを高速に加速してノズル76から射出
し、基板74に吹き付けてPZT膜75を形成した。形
成の際に、基板ホルダ73をX−Yステージ72で移動
させることにより、基板ホルダ73に対するノズル76
の位置を移動させて基板上にPZTの超微粒子を堆積さ
せてPZT膜を形成した。基板ホルダ73はノズル76
の開口部の幅方向に約20mm/分の速度で約10mm
の距離を一往復させた。PZT粉の粒径が1μm以下の
超微粒子の場合、成膜速度が大きくなると同時に基板と
の密着強度が向上した。なお、基板74は、Si基板の
一方の面に予めSiO2膜/Ti膜/Pt膜を順に被覆
したものを用いた。より詳細に言うとPt膜上にPZT
膜を被着させたことになる。
Next, a method of forming the piezoelectric film will be described. First, a carrier gas was introduced from a gas cylinder into a gas carrier pipe whose tip was buried in PZT powder. In the aerosol forming chamber 52, ultrafine particles of PZT powder are mixed with a carrier gas,
At the same time, the vibrating device 53 vibrates the aerosol forming chamber 52 to form an aerosol. This aerosol was carried to the nozzle 76 by the carrier gas through the aerosol carrying pipe 55 having one end opened in the aerosol forming chamber. Further, the film forming chamber 70 is evacuated to a depressurized state to generate a pressure difference between the aerosol forming chamber 52 and the film forming chamber 70, and the aerosol is accelerated at a high speed to be ejected from the nozzle 76, so that the substrate 74 is ejected. The PZT film 75 was formed by spraying. At the time of formation, by moving the substrate holder 73 with the XY stage 72, the nozzle 76 for the substrate holder 73 is moved.
Was moved to deposit ultrafine particles of PZT on the substrate to form a PZT film. The substrate holder 73 is a nozzle 76
About 10 mm at a speed of about 20 mm / min in the width direction of the opening of
I made one round trip. In the case of ultrafine particles having a particle size of PZT powder of 1 μm or less, the film formation rate increased and the adhesion strength with the substrate was improved. As the substrate 74, a Si substrate in which one surface was previously coated with a SiO 2 film / Ti film / Pt film was used. More specifically, PZT is formed on the Pt film.
The film has been deposited.

【0025】図3は、本発明に係わるインクジェット吐
出ヘッドと、それに設けた圧電式アクチュエータの一部
概略を説明する斜視図である。このインクジェット吐出
ヘッド2は、キャビティを構成する基板をSi基板27
で構成し、Si基板上に熱酸化で作製したSiO膜を
振動板10とした。次に、振動板10上にレジスト膜
(材質:ポリイミド)を被覆して、下部電極26に対応
する箇所を抜いた形(フレーム)に露光・現像・定着さ
せることにより、レジストパターンを形成した。
FIG. 3 is a perspective view illustrating an outline of a part of an ink jet ejection head according to the present invention and a piezoelectric actuator provided therein. In this inkjet discharge head 2, the substrate forming the cavity is a Si substrate 27.
The SiO 2 film formed by thermal oxidation on the Si substrate was used as the diaphragm 10. Next, a resist film (material: polyimide) was coated on the vibrating plate 10 and exposed, developed and fixed in a shape (frame) in which a portion corresponding to the lower electrode 26 was removed to form a resist pattern.

【0026】次に、下部電極26となる膜を全面にわた
って成膜し、振動板10上に積層した。下部電極26と
なる膜は、Ti膜(厚さ約0.1μm)およびPt膜
(厚さ約0.3μm)の2層膜で構成した。さらに、前
記レジストパターンならびにレジストパターン上面に積
層したものを、レジスト剥離液(アルカリ性溶剤等々)
に浸けながらブラッシングすることで除去した。
Next, a film to be the lower electrode 26 was formed over the entire surface and laminated on the vibration plate 10. The film serving as the lower electrode 26 was composed of a two-layer film including a Ti film (thickness: about 0.1 μm) and a Pt film (thickness: about 0.3 μm). Furthermore, the resist pattern and the one laminated on the upper surface of the resist pattern are used as a resist stripper (alkaline solvent, etc.).
It was removed by brushing while soaking in.

【0027】以上のようにして形成した下部電極26上
に、さらにエアロゾルデポジション法で圧電膜を形成す
る際に併用したレジストパターンを前述した同様の方法
で形成し、次いで膜厚10μmの圧電膜を成膜した。こ
の圧電膜の上面に上部電極24となる膜を成膜した。上
部電極膜24は、Ti膜(厚さ約0.1μm)およびP
t膜(厚さ約0.3μm)で構成した。上部電極成膜後
にレジストパターンを全て除去し、隣り合う圧電膜22
間で下部電極26を分離した。
On the lower electrode 26 formed as described above, a resist pattern used together when forming the piezoelectric film by the aerosol deposition method is formed by the same method as described above, and then the piezoelectric film having a film thickness of 10 μm. Was deposited. A film to be the upper electrode 24 was formed on the upper surface of this piezoelectric film. The upper electrode film 24 is composed of a Ti film (thickness of about 0.1 μm) and a P film.
It was composed of a t-film (thickness: about 0.3 μm). After forming the upper electrode, all the resist pattern is removed, and the adjacent piezoelectric films 22 are formed.
The lower electrode 26 was separated in between.

【0028】その後、500℃で1時間の熱処理を行っ
て、分散剤の成分をほとんど蒸発させて、PZTの粒子
同士を一体化して所望の振動特性を備える圧電膜22
と、下部電極26/圧電膜22/上部電極24で構成し
た圧電アクチュエータ20を得た。圧電アクチュエータ
20は幅a、長さL、厚さd+(上部電極厚さ+下部電
極厚さ)の矩形状の薄膜であり、圧電素子とも呼ぶ。隣
合う圧電アクチュエータ20同士は所定の間隔bで配列
させた。なお、同様の圧電アクチュエータ測定用ダミー
として作製しておいて、実施例の熱処理と並行して同様
の熱処理を行なった。次いで、熱処理後の測定用ダミー
において、上部電極をエッチングで除去し、露出した圧
電膜の表面を蛍光X線分析で組成分析した。熱処理後の
圧電膜には、PZT粉に添加したヘキサメタリン酸ナト
リウムに起因する不純物元素Pが重量比で30×10
−4重量%含有されていることがわかった。ここで、1
×10−4重量%=1×10−4mass%=1ppm
(重量比)の関係にある。
Thereafter, a heat treatment is performed at 500 ° C. for 1 hour to evaporate most of the components of the dispersant, and the PZT particles are integrated with each other to form a piezoelectric film 22 having desired vibration characteristics.
Thus, a piezoelectric actuator 20 composed of the lower electrode 26 / piezoelectric film 22 / upper electrode 24 was obtained. The piezoelectric actuator 20 is a rectangular thin film having a width a, a length L, and a thickness d + (upper electrode thickness + lower electrode thickness), and is also called a piezoelectric element. Adjacent piezoelectric actuators 20 were arranged at a predetermined interval b. In addition, a similar piezoelectric actuator measurement dummy was prepared, and the same heat treatment was performed in parallel with the heat treatment of the example. Then, in the measurement dummy after the heat treatment, the upper electrode was removed by etching, and the exposed surface of the piezoelectric film was subjected to composition analysis by fluorescent X-ray analysis. In the piezoelectric film after the heat treatment, the impurity element P derived from sodium hexametaphosphate added to the PZT powder was added in a weight ratio of 30 × 10 3.
-4 % by weight was found to be contained. Where 1
× 10 -4 % by weight = 1 × 10 -4 mass% = 1 ppm
(Weight ratio).

【0029】次に、キャビティに相当するインク室4を
形成するため、Si基板27の裏面に所定のレジストマ
スクを設け、異方性エッチングにより穿孔加工を施し
た。なお、インク室4は圧電素子対応位置に穿孔した。
この穿孔により、Si基板27を隔壁6に加工した。
Next, in order to form the ink chamber 4 corresponding to the cavity, a predetermined resist mask was provided on the back surface of the Si substrate 27, and perforation was performed by anisotropic etching. The ink chamber 4 was punched at a position corresponding to the piezoelectric element.
By this perforation, the Si substrate 27 was processed into the partition wall 6.

【0030】さらに、インク室の開口に底部区画壁8と
ノズルベース12及びノズルプレート14を設け、イン
ク室4に噴射ノズル孔18がつながるようにして、イン
クジェット吐出ヘッド2を得た。また、各々のインク室
4は、インク供給口16と接続させて、インクを供給で
きるようにした。
Further, the bottom partition wall 8, the nozzle base 12 and the nozzle plate 14 are provided at the opening of the ink chamber so that the ejection nozzle hole 18 is connected to the ink chamber 4 to obtain the ink jet ejection head 2. Further, each ink chamber 4 is connected to the ink supply port 16 so that ink can be supplied.

【0031】次に、図3の詳細について説明する。この
インクジェット吐出ヘッド2は、断面が矩形の細長いイ
ンク室4(液体圧力室とも呼ぶ)を多数備えている。イ
ンク室4の数はインクジェット吐出ヘッド2の大きさに
依存し、例えば数十〜数百個設けられる。インク室4
は、所定のピッチP1で、例えば数十〜数百μmピッチ
で配列させる。隣り合うインク室4は隔壁6により区画
されると共に、底部は底部区画壁8によって区画され
る。各インク室4の天井部は、厚さが比較的薄い、例え
ば厚さ5〜10μm程度の振動板10によって区画され
ており、後述するように、各インク室4の振動板10が
それぞれ固有に振動し得るようになっている。
Next, details of FIG. 3 will be described. The inkjet ejection head 2 includes a large number of elongated ink chambers 4 (also called liquid pressure chambers) having a rectangular cross section. The number of the ink chambers 4 depends on the size of the inkjet ejection head 2, and for example, several tens to several hundreds are provided. Ink chamber 4
Are arranged at a predetermined pitch P1, for example, at a pitch of several tens to several hundreds of μm. The adjacent ink chambers 4 are partitioned by the partition walls 6, and the bottom is partitioned by the bottom partition wall 8. The ceiling of each ink chamber 4 is partitioned by a vibration plate 10 having a relatively thin thickness, for example, a thickness of about 5 to 10 μm, and each vibration chamber 10 of each ink chamber 4 is unique as described later. It is able to vibrate.

【0032】底部区画壁8の下部には、例えば比較的厚
めのSUS板からなるノズルベース12が設けられると
共に、さらにこの下部には例えば薄いステンレス板より
なるノズルプレート14が順次接合されている。なお、
底部区画壁8を設けずノズルベース12の一部を底部区
画壁8の替わりとして使用する構造にすることもでき
る。
A nozzle base 12 made of, for example, a relatively thick SUS plate is provided in the lower portion of the bottom partition wall 8, and a nozzle plate 14 made of, for example, a thin stainless steel plate is sequentially joined to this lower portion. In addition,
The bottom partition wall 8 may not be provided, and a part of the nozzle base 12 may be used instead of the bottom partition wall 8.

【0033】そして、上記ノズルベース12には、各液
体圧力室4に対応させてインク供給口16が形成されて
おり、図示しないインク流路を介して各インク室4に接
続されている。インク室4を区画する底部区画壁8、ノ
ズルベース12及びノズルプレート14には、これらを
貫通させて、例えば直径が10〜30μm程度の微細な
噴射ノズル孔18が形成されている。これらの噴射ノズ
ル孔18は、各インク室4(液体圧力室)に1つずつ対
応させて設けており、後述するように、上記振動板10
を振動させて液体圧力室4内を加圧することによって、
この噴射ノズル孔18からインク滴を射出し得るように
なっている。
An ink supply port 16 is formed in the nozzle base 12 so as to correspond to each liquid pressure chamber 4, and is connected to each ink chamber 4 via an ink flow path (not shown). The bottom partition wall 8, the nozzle base 12, and the nozzle plate 14 that partition the ink chamber 4 are formed with minute jet nozzle holes 18 having a diameter of, for example, about 10 to 30 μm through them. These ejection nozzle holes 18 are provided so as to correspond to the respective ink chambers 4 (liquid pressure chambers) one by one.
By vibrating and pressurizing the inside of the liquid pressure chamber 4,
Ink droplets can be ejected from the ejection nozzle hole 18.

【0034】なお、図3のインクジェット吐出ヘッド
は、多数の圧電アクチュエータを配列した構成の一部を
例示したものである。その配列方向すべてを示すことは
難しいため、途中の部分を波線で省略した。また、イン
ク室4の手前の面(即ち、隔壁6と振動板10と底部区
画壁8とノズルベース12及びノズルプレート14によ
る面)は断面に相当するが、噴射ノズル孔18等を説明
しやすくするために、同図でその断面をハッチングする
ことは省略した。
The ink jet ejection head shown in FIG. 3 is an example of a part of the arrangement in which a large number of piezoelectric actuators are arranged. Since it is difficult to show all the arrangement directions, the middle part is omitted with a wavy line. Further, the front surface of the ink chamber 4 (that is, the surface formed by the partition wall 6, the vibration plate 10, the bottom partition wall 8, the nozzle base 12, and the nozzle plate 14) corresponds to a cross section, but the ejection nozzle hole 18 and the like can be easily described. Therefore, hatching of the cross section is omitted in the figure.

【0035】そして、各振動板10の上部には、本発明
の特徴とする圧電アクチュエータ20を1つずつ対応さ
せて設けた。この圧電アクチュエータ20は、エアロゾ
ルデポジション法で成膜して、リフトオフ法でパターニ
ングした矩形状の圧電膜22を有しており、図中におい
てこの上面側に例えばチタン−白金複合膜よりなる上部
電極24を接合し、下面側に例えば白金あるいはチタン
−白金複合膜よりなる下部電極26を接合している。上
部電極24及び下部電極26の厚さは、それぞれ0.1
μmとした。圧電アクチュエータ20の幅aは、インク
室幅の60〜95%程度の範囲内に設定した。なお、圧
電体に上部電極を積層形成する場合、その厚さを0.1
〜2μmにすることが望ましい。
The piezoelectric actuators 20, which are the features of the present invention, are provided above the respective vibration plates 10 one by one. This piezoelectric actuator 20 has a rectangular piezoelectric film 22 formed by an aerosol deposition method and patterned by a lift-off method. In the figure, an upper electrode made of, for example, a titanium-platinum composite film is provided on the upper surface side. 24 is joined, and a lower electrode 26 made of, for example, platinum or a titanium-platinum composite film is joined to the lower surface side. The thickness of each of the upper electrode 24 and the lower electrode 26 is 0.1.
μm. The width a of the piezoelectric actuator 20 was set within a range of about 60 to 95% of the ink chamber width. When the upper electrode is laminated on the piezoelectric body, its thickness should be 0.1
It is desirable that the thickness be ˜2 μm.

【0036】次に、図4においてインクジェット吐出ヘ
ッド(液体吐出ヘッド)2において、基板上に圧電アク
チュエータを配列した様子を説明する。図4中の平面図
(a)に示すように、1個の圧電アクチュエータ20
(圧電素子)は、短辺(幅a)が60μm、長辺(長さ
L)が2mmである。短辺aはSUS板(基板)の長辺
方向(110mm)にピッチP1(例えば85μm)で
約1250個形成して、同様にSUS板の短辺方向(3
3mm)には長辺Lが2mmの圧電素子をピッチP2
(例えば5mm)で5列形成する構成にした。そして、
液体圧力室(インク室あるいは加圧室)の穿孔加工後
に、同図(b)のように110mm×5mmの寸法に切
断して、1個の液体吐出ヘッドとした。あるいは、同図
(a)を5段(5列)のヘッドとしてそのまま使用して
も良い。ただし、この場合は,ピッチP2を5mmより
小さくすれば液体吐出ヘッドの小型化を達成することが
できる。なお、図4では、SUS板の長辺方向の一部に
ついて図示した。各圧電式アクチュエータ20の上部電
極24と下部電極26との間に個別に電圧信号を加える
と、圧電作用で圧電式アクチュエータ20が伸縮して、
振動板10が歪んで振動して、その圧力変動によってイ
ンク室4(液体圧力室)のインクが噴射ノズル孔18か
らインク滴となって射出することになる。
Next, a state in which the piezoelectric actuators are arranged on the substrate in the ink jet discharge head (liquid discharge head) 2 in FIG. 4 will be described. As shown in the plan view (a) of FIG. 4, one piezoelectric actuator 20
The (piezoelectric element) has a short side (width a) of 60 μm and a long side (length L) of 2 mm. About 1250 short sides a are formed in the long side direction (110 mm) of the SUS plate (substrate) at a pitch P1 (for example, 85 μm), and similarly, the short side direction (3
3 mm), a piezoelectric element having a long side L of 2 mm is arranged at a pitch P2.
(5 mm, for example) is formed in 5 rows. And
After punching the liquid pressure chamber (ink chamber or pressure chamber), it was cut into a size of 110 mm × 5 mm as shown in FIG. Alternatively, the figure (a) may be used as it is as a head of five stages (five rows). However, in this case, the size of the liquid ejection head can be reduced by setting the pitch P2 smaller than 5 mm. In FIG. 4, a part of the SUS plate in the long side direction is illustrated. When a voltage signal is individually applied between the upper electrode 24 and the lower electrode 26 of each piezoelectric actuator 20, the piezoelectric actuator 20 expands and contracts by the piezoelectric action,
The vibrating plate 10 is distorted and vibrated, and the pressure fluctuation causes the ink in the ink chamber 4 (liquid pressure chamber) to be ejected as an ink droplet from the ejection nozzle hole 18.

【0037】この液体吐出ヘッドにおいて、電極の材質
は次のように複数の材料から選択することができる。電
極は製造工程中の最高温度で鉛系圧電材料の鉛元素と反
応し難い白金系合金膜(例えば白金−ロジウム合金)あ
るいは白金-チタンやクロム−金等の積層膜が好まし
く、さらにストロンチウムルテニウム酸化物などの酸化
物導電性材料でも良い。
In this liquid discharge head, the material of the electrode can be selected from a plurality of materials as follows. The electrode is preferably a platinum-based alloy film (for example, platinum-rhodium alloy) or a laminated film of platinum-titanium or chromium-gold, which does not easily react with the lead element of the lead-based piezoelectric material at the maximum temperature during the manufacturing process, and further strontium ruthenium oxide is used. An oxide conductive material such as a material may be used.

【0038】図4の(c)にインクジェットプリンタの
斜視図を示す。上記実施例3のインクジェット吐出ヘッ
ド2は、ヘッド基台(図示せず)に設置して、インクジ
ェットプリンタヘッド101内に設けた。トレイ103
に挿入した用紙105(記録媒体)に対して、本体10
2中でインクジェットプリンタヘッド101を走査しつ
つインクを射出し、排出口104から印字した用紙を得
ることになる。
FIG. 4C shows a perspective view of the ink jet printer. The inkjet discharge head 2 of Example 3 was installed on the head base (not shown) and provided inside the inkjet printer head 101. Tray 103
For the paper 105 (recording medium) inserted in the
The ink is ejected while scanning the inkjet printer head 101 in 2 to obtain a printed sheet from the discharge port 104.

【0039】(実施例2)実施例1と同様の方法で圧電
アクチュエータを作製した。ただし、製造条件につい
て、使用する分散剤の種類等を変更した。表2に使用し
た分散剤と条件の例を示す。分散剤を添加して、成膜後
に600℃、2時間で熱処理して分散剤を十分に低減す
ることで、高速で均一な膜を形成すると共に、欠陥が少
なく且つ圧電歪定数の高い圧電膜を得ることができた。
さらに、各々の例について、同様の構成のダミーサンプ
ルを作製しておいて、上部電極を除去した後にそれら圧
電膜における不純物量を蛍光X線分析で分析した結果を
表3に示す。不純物量の単位は10−4重量%とした。
1×10−4重量%=1×10−4mass%=1pp
m(重量比)の関係にある。圧電膜の単位重量を100
重量%とすると、1ppm=0.0001重量%に相当
する。より好ましくは不純物元素を各々50ppm以下
とする。なお、残留した不純物量を測定する方法として
は、蛍光X線分析に限らず他の方法で行なってもよい。
例えば、同条件で作製したほかのダミーサンプルについ
て、SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy:
二次イオン質量分析)で組成分析を行なうことができ
る。
Example 2 A piezoelectric actuator was manufactured in the same manner as in Example 1. However, regarding the production conditions, the type of dispersant used, etc. were changed. Table 2 shows examples of the dispersant used and the conditions. By adding a dispersant and heat-treating at 600 ° C. for 2 hours after film formation to sufficiently reduce the dispersant, a high-speed and uniform film is formed, and a piezoelectric film having few defects and a high piezoelectric strain constant is formed. I was able to get
Further, for each example, a dummy sample having the same structure was prepared, and after removing the upper electrode, the amount of impurities in the piezoelectric films was analyzed by fluorescent X-ray analysis. The unit of the amount of impurities was 10 −4 wt%.
1 × 10 −4 wt% = 1 × 10 −4 mass% = 1 pp
m (weight ratio). The unit weight of the piezoelectric film is 100
When it is defined as weight%, it corresponds to 1 ppm = 0.0001 weight%. More preferably, each impurity element is 50 ppm or less. Note that the method for measuring the amount of residual impurities is not limited to fluorescent X-ray analysis, and other methods may be used.
For example, for other dummy samples manufactured under the same conditions, SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy:
The composition can be analyzed by secondary ion mass spectrometry.

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】[0041]

【表3】 [Table 3]

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜方法
とそれによる圧電式アクチュエータは、次のように優れ
た作用効果を発揮することができる。本発明の成膜方法
によれば、超微粒子の凝集を抑制することができ、膜の
成膜速度が速く、欠陥の少ない均一な膜を作製すること
ができる。また、欠陥の少ない均一な圧電膜を用いた圧
電アクチュエータ及びインクジェットヘッドを得ること
ができる。
As described above, the film forming method of the present invention and the piezoelectric actuator using the same can exhibit the following excellent operational effects. According to the film forming method of the present invention, aggregation of ultrafine particles can be suppressed, the film forming speed of the film is high, and a uniform film with few defects can be formed. Further, it is possible to obtain a piezoelectric actuator and an inkjet head using a uniform piezoelectric film with few defects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る製造方法を説明するための工程図
である。
FIG. 1 is a process drawing for explaining a manufacturing method according to the present invention.

【図2】本発明が適用されるエアロゾルデポジション装
置を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an aerosol deposition apparatus to which the present invention is applied.

【図3】本発明の圧電式アクチュエータを用いたインク
ジェット吐出ヘッドを示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an inkjet ejection head using the piezoelectric actuator of the present invention.

【図4】基板上に配列した圧電アクチュエータを説明す
る平面図、およびインクジェットプリンタの斜視図であ
る。
FIG. 4 is a plan view illustrating piezoelectric actuators arranged on a substrate, and a perspective view of an inkjet printer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 インクジェット吐出ヘッド、 4 インク室、 6
隔壁、8 底部区画壁、 10 振動板、 12 ノ
ズルベース、14 ノズルプレート、 16 インク供
給口、 18 噴射ノズル孔、20 圧電アクチュエー
タ、 22 圧電膜、 24 上部電極、26 下部電
極、 27 Si基板、51 ガス搬送管、 52 エ
アロゾル形成室、53 加振装置、 54 超微粒子粉
体、 55 エアロゾル搬送管、57 蓋、 70 膜
形成室、 71 排気弁、72 X−Yステージ、 7
3 基板ホルダ、 74 基板、75 PZT膜、 7
6 ノズル、101 インクジェットプリンタヘッド、
102 本体、103 トレイ、 105 用紙。
2 inkjet discharge heads, 4 ink chambers, 6
Partition wall, 8 bottom partition wall, 10 diaphragm, 12 nozzle base, 14 nozzle plate, 16 ink supply port, 18 ejection nozzle hole, 20 piezoelectric actuator, 22 piezoelectric film, 24 upper electrode, 26 lower electrode, 27 Si substrate, 51 Gas carrier pipe, 52 Aerosol forming chamber, 53 Vibrating device, 54 Ultra fine powder, 55 Aerosol carrier pipe, 57 Lid, 70 Membrane forming chamber, 71 Exhaust valve, 72 XY stage, 7
3 substrate holder, 74 substrate, 75 PZT film, 7
6 nozzles, 101 inkjet printer head,
102 main body, 103 trays, 105 sheets.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/24 B41J 3/04 103H (72)発明者 阿部 徹 埼玉県熊谷市三ヶ尻5200番地 日立金属株 式会社先端エレクトロニクス研究所内 Fターム(参考) 2C057 AF93 AG16 AG39 AG44 AG52 AP14 AP58 AQ02 BA03 BA14 4K044 AA06 AB10 BA08 BA14 BB02 BB11 CA23 CA62 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 41/24 B41J 3/04 103H (72) Inventor Toru Abe 5200 Mikkajiri, Kumagaya-shi, Saitama Hitachi Metals Co., Ltd. F-term in Advanced Electronics Research Laboratories (reference) 2C057 AF93 AG16 AG39 AG44 AG52 AP14 AP58 AQ02 BA03 BA14 4K044 AA06 AB10 BA08 BA14 BB02 BB11 CA23 CA62

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超微粒子をガスと攪拌してエアロゾルを
作製し、エアロゾル中の超微粒子を基板上に衝突させる
ことで基板上に膜を成長させる成膜方法であって、前記
超微粒子は超微粒子の粉体に分散剤を添加したものであ
ることを特徴とする超微粒子の成膜方法。
1. A method for forming a film, wherein an ultrafine particle is stirred with a gas to produce an aerosol, and the ultrafine particle in the aerosol is caused to collide with the substrate to grow a film on the substrate. A method for forming ultra-fine particles, which comprises adding a dispersant to fine particles.
【請求項2】 請求項1において、前記分散剤は、ピロ
リン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ケイ
酸塩ナトリウム、炭酸ナトリウム、ポリカルボン酸系ナ
トリウム、アンモニウム塩、縮合ナフタレンスルホン酸
塩類、多価値アルコールエステル系活性剤、ポリアミド
系活性剤、ジアミン系活性剤から選ばれる少なくとも1
種であることを特徴とする超微粒子の成膜方法。
2. The dispersant according to claim 1, wherein the dispersant is sodium pyrophosphate, sodium hexametaphosphate, sodium silicate, sodium carbonate, sodium polycarboxylic acid, ammonium salt, condensed naphthalene sulfonates, multi-value alcohol ester. At least 1 selected from the group of activators, polyamide activators and diamine activators
A method for forming ultra-fine particles, characterized in that it is a seed.
【請求項3】 前記基板上に膜を成長させた後、熱処理
を施すことを特徴とする請求項1または2に記載の超微
粒子の成膜方法。
3. The method for forming ultrafine particles according to claim 1, wherein a heat treatment is performed after the film is grown on the substrate.
【請求項4】 圧電膜の両面に電極を備える圧電式アク
チュエータで、前記圧電膜は不純物元素として、Na、
Si、C、S、Pから選択される少なくとも1種を含有
し、前記不純物元素の含有量が重量比で100×10
−4重量%以下であることを特徴とする圧電式アクチュ
エータ。
4. A piezoelectric actuator having electrodes on both sides of a piezoelectric film, wherein the piezoelectric film contains Na as an impurity element.
It contains at least one selected from Si, C, S, and P, and the content of the impurity element is 100 × 10 6 by weight.
-4 % by weight or less, a piezoelectric actuator.
【請求項5】 請求項4に記載の圧電式アクチュエータ
を搭載することを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. A liquid ejection head comprising the piezoelectric actuator according to claim 4.
JP2002125517A 2002-04-26 2002-04-26 Method for depositing film of superfine particles, piezoelectric actuator, and liquid discharge head Pending JP2003321780A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002125517A JP2003321780A (en) 2002-04-26 2002-04-26 Method for depositing film of superfine particles, piezoelectric actuator, and liquid discharge head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002125517A JP2003321780A (en) 2002-04-26 2002-04-26 Method for depositing film of superfine particles, piezoelectric actuator, and liquid discharge head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003321780A true JP2003321780A (en) 2003-11-14

Family

ID=29540209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002125517A Pending JP2003321780A (en) 2002-04-26 2002-04-26 Method for depositing film of superfine particles, piezoelectric actuator, and liquid discharge head

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003321780A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1498268A1 (en) * 2003-07-15 2005-01-19 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid delivering apparatus and method of producing the same
JP2006123517A (en) * 2004-09-30 2006-05-18 Brother Ind Ltd Method of manufacturing layered body and method for manufacturing inkjet head
JP2006150955A (en) * 2004-10-28 2006-06-15 Brother Ind Ltd Manufacturing method for piezoelectric actuator, manufacturing method for liquid transfer device, and manufacturing apparatus for piezoelectric actuator
JP2006203190A (en) * 2004-12-24 2006-08-03 Fuji Photo Film Co Ltd Polling processing method of inorganic piezoelectric body, and manufacturing method of piezoelectric element
JP2006326572A (en) * 2005-04-28 2006-12-07 Fujifilm Holdings Corp Film forming method
JP2008291291A (en) * 2007-05-22 2008-12-04 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Brittle material film structure
US7713588B2 (en) 2004-07-13 2010-05-11 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Method and device of forming a piezo-electric film
JP2012049579A (en) * 2011-12-09 2012-03-08 Fujitsu Ltd Method of manufacturing wiring board
WO2015002285A1 (en) * 2013-07-05 2015-01-08 積水化学工業株式会社 Method for manufacturing semiconductor film, raw-material particles for semiconductor film manufacture, semiconductor film, photoelectrode, and dye-sensitized solar cell
JP2019094565A (en) * 2017-11-22 2019-06-20 三菱重工業株式会社 Film deposition apparatus and film deposition method

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1498268A1 (en) * 2003-07-15 2005-01-19 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid delivering apparatus and method of producing the same
US7713588B2 (en) 2004-07-13 2010-05-11 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Method and device of forming a piezo-electric film
JP2006123517A (en) * 2004-09-30 2006-05-18 Brother Ind Ltd Method of manufacturing layered body and method for manufacturing inkjet head
JP2006150955A (en) * 2004-10-28 2006-06-15 Brother Ind Ltd Manufacturing method for piezoelectric actuator, manufacturing method for liquid transfer device, and manufacturing apparatus for piezoelectric actuator
JP2006203190A (en) * 2004-12-24 2006-08-03 Fuji Photo Film Co Ltd Polling processing method of inorganic piezoelectric body, and manufacturing method of piezoelectric element
JP2006326572A (en) * 2005-04-28 2006-12-07 Fujifilm Holdings Corp Film forming method
JP2008291291A (en) * 2007-05-22 2008-12-04 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Brittle material film structure
JP2012049579A (en) * 2011-12-09 2012-03-08 Fujitsu Ltd Method of manufacturing wiring board
WO2015002285A1 (en) * 2013-07-05 2015-01-08 積水化学工業株式会社 Method for manufacturing semiconductor film, raw-material particles for semiconductor film manufacture, semiconductor film, photoelectrode, and dye-sensitized solar cell
CN105164316A (en) * 2013-07-05 2015-12-16 积水化学工业株式会社 Method for manufacturing semiconductor film, raw-material particles for semiconductor film manufacture, semiconductor film, photoelectrode, and dye-sensitized solar cell
JPWO2015002285A1 (en) * 2013-07-05 2017-02-23 積水化学工業株式会社 Manufacturing method of semiconductor film, raw material particles for manufacturing semiconductor film, semiconductor film, photoelectrode, and dye-sensitized solar cell
JP2019094565A (en) * 2017-11-22 2019-06-20 三菱重工業株式会社 Film deposition apparatus and film deposition method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4682054B2 (en) Alignment film manufacturing method and liquid discharge head manufacturing method
JP5300184B2 (en) Piezoelectric body, piezoelectric element, liquid discharge head and liquid discharge apparatus using the piezoelectric element
JP4142706B2 (en) Film forming apparatus, film forming method, insulating film, dielectric film, piezoelectric film, ferroelectric film, piezoelectric element, and liquid discharge apparatus
US6419848B1 (en) Piezoelectric actuator, ink-jet type recording head, manufacturing method therefor, and ink-jet printer
JP2003321780A (en) Method for depositing film of superfine particles, piezoelectric actuator, and liquid discharge head
US8011099B2 (en) Method of manufacturing orientation film and method of manufacturing liquid discharge head
WO2010137737A1 (en) Method for producing electromechanical transducer, electromechanical transducer produced by the method, liquid-droplet jetting head, and liquid-droplet jetting apparatus
JP2008214185A (en) Piezoelectric thin film, piezoelectric element using the same, piezoelectric actuator, and inkjet recording head
JP2008266772A (en) Ferroelectric film, process for producing the same, ferroelectric device, and liquid discharge device
JP2005272294A (en) Piezoelectric thin film, method of manufacturing piezoelectric thin film, piezoelectric element, and inkjet recording head
KR20070095420A (en) Piezoelectric substance element, piezoelectric substance film manufacturing method, liquid discharge head and liquid discharge apparatus
JP2006203190A (en) Polling processing method of inorganic piezoelectric body, and manufacturing method of piezoelectric element
JP2006054162A (en) Dielectric device
WO2014162999A1 (en) Piezoelectric film and method for manufacturing same
JP2006199580A (en) Method for producing ceramic body and method for manufacturing liquid discharge head
JP4246227B2 (en) Piezoelectric film, method for forming the same, and piezoelectric element
JP2008218716A (en) Piezoelectric element, inkjet type recording head, and inkjet printer
JP2007023379A (en) Film formation method, and structure
JP2007288063A (en) Dielectric device
JP2003298132A (en) Piezoelectric actuator and liquid discharge head
JP4993294B2 (en) Perovskite oxide, ferroelectric film and manufacturing method thereof, ferroelectric element, and liquid ejection device
JP2006326523A (en) Film deposition method, piezoelectric film formed by the film deposition method, piezoelectric element with the piezoelectric film, and ink jet apparatus using the piezoelectric element
JP5131674B2 (en) Piezoelectric body and manufacturing method thereof, piezoelectric element, liquid discharge head and liquid discharge apparatus using the same
JP2010053422A (en) Oxide body, method for producing the same, and piezoelectric element
JP5030252B2 (en) Piezoelectric actuator, method for manufacturing piezoelectric actuator, and liquid discharge head